文、编辑 | 鹏老
近年来，许多研究者以红麻、甘蔗、竹科、Corchorus、棉等不同纤维为输入参数，以磨损率和摩擦力为输出参数，对天然纤维增强复合材料的摩擦学性能进行了研究。
Hashmi等研究了石墨填充棉纤维增强聚酯复合材料的磨损特性。结果表明，石墨粉的加入提高了复合材料的耐磨性，适用于不同的应用场合。
Yousif和El-Tayeb对处理和未处理的油棕纤维增强复合材料进行了实验，得出处理后的复合材料具有更好的磨损特性。
Chan和dwivedi研究了硅烷偶联剂对短龙舌兰纤维增强聚酯复合材料摩擦学性能的影响，发现未经处理的复合材料由于纤维与基体结合不良，磨损率较低。
bopathi等制作了3 mm、5 mm、7 mm等不同长度的borassus水果纤维增强复合材料，并得出结论纤维长度为5mm的复合材料具有较好的摩擦学性能。
材料与方法
1、材料
从印度安得拉邦Kurnool地区的当地地区提取了Abutilon indicum纤维。采用水浸法提取树皮纤维。
Lapox 和硬化剂购自YUJE Enterprises；用于碱处理的氢氧化钠颗粒是从MERK供应商处购买的。1/0级金刚砂抛光纸购自艾哈迈达巴德S.S企业。
2、复合材料的制备
采用手工铺层法制备了不同重量百分比的阿布蒂隆纤维增强复合材料技术尺寸为50x50x10mm3。
基体为环氧树脂和硬化剂的混合物，本研究根据前人的研究，采用10:1的比例。在模具中倒入一定量的适当混合的基体立即放置处理过的纤维。
将剩余的基体倒入模具内，并施加重量以获得较好的表面，并按上述尺寸制造复合材料。
之后，将层压板固化24小时，然后将其放入烤箱中进行适当的固化。最后，将固化后的复合材料试样从模具中取出。
为了研究复合材料的磨损行为，从固化的复合材料中取了1 cm3的试样。
3、样品测试
为进行磨损试验，制备了尺寸为1 cm3的复合材料试样，采用ASTM G99标准的多通条件销盘试验机进行试验。
将复合试样贴在EN31钢盘上，钢盘上贴有1/0级金刚砂纸。在杠杆和重量附件的帮助下，样品被放置在带有一定载荷的圆盘上的砂纸上。
就像每一个案例一样，在本研究中，试样保持静止，圆盘被允许以不同的速度绕其中心旋转。
每次测试，更换金刚砂抛光纸，保持轨迹直径为60mm。通过改变参数进行了一系列试验。所选参数及其级别如表1所示。
用精度为0.1 mg的电子称量秤仔细测量了所测复合样品的失重。根据试样的失重，利用式计算比磨损率。
4、Box-behnken设计
选择Box-behnken设计来进行实验，同时考虑到成本和时间的限制，因为阶乘排列不包括立方体区域角落的任何点，甚至结果设计也可以是可旋转的。
选择一定数量的实验可以使用实验设计，实验设计也可以用来生成回归模型。BBD是响应面法设计的一部分，与三水平全因子设计的中心复合设计相比，BBD是非常有效的。
5、SEM 分析
用扫描电镜对不同试样的形貌进行了分析。SEM分析在Yogi Vemana大学进行，KADAPA在TESCAN上对两种磨损进行MIRA3观察了经过测试和未测试的复合样品以及样品之间的形貌差异。
在10 kV电压下，对复合材料试样的断裂表面进行清洗、风干，并在3 μm的金薄膜上涂上JEOL溅射离子涂层，以提高样品的导电性，并进行扫描电镜观察。
6、结果与讨论
在DUCOM制造的磨损试验机上进行销盘试验，研究了阿布蒂隆- indicum纤维增强复合材料试样的磨损性能。
本研究中使用的台面材料为1/0级的金刚砂纸，附着在光盘上。每次试验的工艺参数都是不同的，试验是基于盒本肯设计进行的，见表2。
输出的摩擦力、磨损量和摩擦系数等参数显示在Tribo仪表上，并记录下来，以便进一步加工。
适当的注意保持样品在平坦的位置，使样品可以摩擦砂纸与试样和砂纸之间的持续接触。
每次测试，使用精度为0.1 mg的电子称量秤记录磨损测试前后样品的重量。
复合试样的初始重量和最终重量之间的差值给出了试样在试验过程中的重量损失，试样的重量被用来计算比磨损率，如表2所示。
7、参数对比磨损率的影响
转速、载荷和纤维含量对阿布隆纤维增强环氧复合材料比磨损率的影响如图1所示。除箱前设计试验外，还进行了其他试验，分别研究了各参数的影响。
从图1可以看出，复合材料的SWR与载荷和纤维重量成反比。
造成这一结果的原因是，在较低的载荷下，试样与砂纸的接触较少，从而产生较高的小波比，但随着载荷的增加，试样与砂纸之间的接触力增大，因此产生较小的小波比。
此外，滑动速度与SWR成正比；这样做的原因是在低滑动速度下，由于天然纤维的存在，复合材料样品将提供高阻力，因此磨损率较低。
所述复合材料中的绒毛纤维具有高硬度值与基体相比，因此在较低的速度下，复合材料样品上发生较少的磨损。
为了提供高的磨损，磨料颗粒必须做更多的工作来缓解纤维的失效，因此复合材料的磨损发生在其他工作中，需要比基体材料更多的能量来缓解复合材料的失效。
其他研究者也观察到了类似的结果。
从图1(a-c)中可以清楚地看到，纤维含量和负载都会影响SWR。此外，转速也会影响小波比，所有参数对小波比都有直接影响。
复合材料中纤维含量越高，其强度和硬度越高，耐磨性越好，SWR降低，如图1所示。
载荷越大，复合材料试样与磨料颗粒的接触次数越多，使SWR增大，同时转速越高，复合材料试样因摩擦作用产生的热量越大，磨损速度也随之增加。
由于温度升高，SWR减小。
8、参数对摩擦系数的影响
阿布蒂隆纤维增强对CoF的影响如图2所示。从图2可以看出，CoF随着载荷和纤维含量的增加而减小。
由此可以确定CoF与载荷和纤维含量成反比。由于复合材料试样的热软化，复合材料的CoF随载荷的增加而降低。
较高的载荷使复合材料与磨粒的接触量增大，因此复合材料外层最初由于磨粒锋利而容易磨损。
此外，在较高的速度下，在试样和磨料颗粒的界面处产生高热量，使得复合材料的CoF减小。
从图2(a-c)可以看出，由于滑动速度的增加，CoF减小。由于复合材料样品的热软化，在界面处产生的热量在复合材料样品上形成了一层薄膜，使得CoF减少，因为它限制了纤维的磨损。
9、SEM 分析
图3 (a)为30%绒毛纤维增强复合材料样品的SEM图像。样品的形貌表明基体与增强材料之间有良好的结合。
样品上未观察到纤维拔出或空洞。良好的粘结性使复合材料具有较高的力学性能。
为了探讨试样的磨粒磨损机理，采用扫描电镜对磨损后的复合材料试样进行了观察。
图3(b-d)为分别为10 wt %、20 wt %和30 wt %的abutilon indicum纤维增强复合材料磨损测试样品的SEM图像。
从所有图3(b-d)中，可以清楚地看到复合样品上的磨损痕迹。
含10 wt %布里顿铟纤维增强复合材料的样品含有更高的孔隙含量，并且由于磨损测试，基体和增强的脱粘清晰可见，如图3 (b)所示。
此外，由于磨粒在砂纸上接触较多，样品表面存在一定的裂纹。
在图3 (b)中也观察到增强材料的不完全分布，这是由于复合材料中纤维含量较少，基体材料含量较高。
由于复合材料样品中基体含量较高，增强剂含量较低，在较高的载荷和速度下，外层容易发生磨损，而且由于结合较少，纤维含量较少，导致基体增强剂发生脱粘。
上述复合材料试样上的断裂都是由于增强材料与基体材料相容性不佳造成的。
图3 (c)表示重量为20%的abuliton indicum纤维增强复合材料，与图3 (b)相比，其空洞含量和表面裂纹较少。
由于更高的载荷和更高的速度，试样发生热软化，导致纤维断裂和纤维拉出，如图3 (c)所示。图3 (d)表示重量为30%的abuliton indicum纤维增强复合材料。
与图3 (b)和(c)相比，具有良好的耐磨性。
图3 (d)中耐磨性好的原因是由于abuliton indicum纤维与基体材料之间具有良好的粘附性。在复合材料样品上可以看到带有小裂纹和凹坑的光滑凹槽。
纤维含量为30 wt %的样品无纤维损伤，具有良好的耐磨性。
实验结论
综合考虑纤维含量和工艺参数的影响，对锦纶纤维增强复合材料的磨损性能进行了测试。
随着复合材料中纤维含量的增加，复合材料的SWR降低。通过SEM分析，试样磨损痕迹清晰可见，凹坑和裂纹较少。
主轴转速和载荷降低了复合材料样品的SWR，这是由于接触力和接触面产生的热量较高。
随着负荷和纤维含量的增加，CoF降低。复合材料的热软化发生在较高的载荷下，因此复合材料样品的CoF降低。
由于磨料颗粒与复合材料试样接触时产生更高的温度，CoF也随着速度的增加而降低。
复合材料中wt %最高的纤维具有较好的耐磨性。
扫描电镜分析表明，纤维接触越少，纤维基体脱落，纤维含量越高，表面越少，磨损性能越好D. Mohana Krishnudu等裂缝。
为了预测响应，成功地将ANFIS应用于数据，并且观察到测试数据与预测数据之间的误差在限制范围内。
参考文献
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